KR102283206B1

KR102283206B1 - 기판처리 장치의 반응기

Info

Publication number: KR102283206B1
Application number: KR1020170146245A
Authority: KR
Inventors: 박준규
Original assignee: 주식회사 원익아이피에스
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2021-07-30
Also published as: CN109755155B; TW201923140A; CN109755155A; TWI787380B; KR20190050650A

Abstract

기판처리 장치의 반응기가 개시된다. 본 발명에 따른 기판처리 장치의 반응기는, 적어도 하나의 기판(40)이 기판처리되는 기판처리 장치의 반응기(reactor; 100)로서, 반응기 상부 외측면(101)과 상부 내측면(102)의 정단면의 곡률반경은 상이하고, 반응기 상부벽의 센터부(103)의 두께(D3)가 엣지부(104)의 두께(D4)보다 얇은 것을 특징으로 한다.

Description

기판처리 장치의 반응기 {REACTOR OF APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}

본 발명은 기판처리 장치의 반응기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반응기 상부의 강성을 확보함과 동시에 높이와 내부 공간의 크기를 줄임에 따라, 처리되는 기판의 생산성과 효율성을 증가시킬 수 있는 기판처리 장치의 반응기에 관한 것이다.

원자층 증착법은 반응가스인 소스가스와 퍼지가스를 교대로 공급하여 기판 상에 원자층 단위의 박막을 증착하는 기술이다. 원자층 증착법은 단차 피복성(Step Coverage)의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용하기 때문에, 고 종횡비를 갖는 미세 패턴 형성에 적절하고, 박막의 전기적 및 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.

도 1 및 2는 종래의 원자층 증착장치를 나타내는 사시도 및 상부 확대 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 원자층 증착장치는 복수의 기판(40)이 로딩되어 증착 공정이 진행되는 공간인 챔버(11)를 형성하는 공정튜브(10)를 포함한다. 그리고, 공정튜브(10)의 내부에는 증착 공정에 필요한 가스 공급부(20), 가스 배출부(30) 등과 같은 부품들이 설치된다. 그리고, 공정튜브(10)와 밀폐 결합되는 받침부(51), 공정튜브(10)의 내부에 삽입되는 돌출부(53), 및 복수개의 기판(40)을 적층되도록 하는 지지바(55)를 포함하는 보트(50)를 포함한다.

이러한 종래의 원자층 증착장치는 챔버(11) 내부의 압력을 용이하게 견디기 위한 이상적인 형태로써 종형의 공정튜브(10)를 사용하는 것이 일반적이다. 하지만, 종형의 챔버(11)의 상부 공간(12)으로 인하여 공정 가스의 공급과 배출에 많은 시간이 소모되고 공정 가스의 낭비를 발생시키는 문제점이 있었다. 그리고, 상부 공간(12)이 차지하는 높이(D1)로 인해, 장치의 전체 수직길이가 불필요하게 길어지는 문제점이 있었다.

다음으로, 도 2를 참조하면, 종형의 공정튜브(10)의 상부 공간(12)으로 인하여 공정 가스가 낭비되는 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 상부면(13)을 편평하게 형성하는 공정튜브(10')가 제안되었다. 그리고, 진공 응력에 취약한 상부면(13)의 테두리 부분을 보강하기 위해, 상부면(13)에 지지리브(14)를 배치하여 강성을 높이고자 하였다. 이에 따르면, 공정튜브(10')의 강성은 보완이 되었지만, 지지리브(14)가 차지하는 높이(D2)로 인해, 장치의 전체 수직길이가 불필요하게 길어지는 문제점은 여전히 남아있는 실정이다.

한편, 종래의 원자층 증착장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 공정튜브(10)의 평단면의 형상이 원 형상을 가진다. 그리고, 가스 공급부(20)와 가스 배출부(30)가 양단에 대향하여 배치된다. 기판처리 과정 중 가스 공급부(20)에서 챔버(11) 내부로 공급된 기판처리 가스는, 경로 1을 통해 곧바로 가스 배출부(30)로 흘러 배출되거나, 경로 2를 통해 공정튜브(10)의 내벽에 반사되어 가스 배출부(30)로 배출될 수 있다. 다만, 경로 3과 같이 공정튜브(10)의 내벽에 작은 입사각으로 공급되거나, 경로 4와 같이 공정튜브(10)의 내벽에 큰 입사각으로 공급된 기판처리 가스는 가스 배출부(30)를 통해 곧바로 배출되지 않고, 챔버(11) 내부로 반사되어 대류한 후에 배출될 수 있다. 이는 경로 2, 경로 3, 경로 4의 입사각과 반사각의 합인 P', P", P'''가 모두 다르기 때문이다.

기판처리 가스가 경로 3 또는 경로 4와 같이 곧바로 배출되지 않고 챔버(11) 내부로 반사되는 경우, 기판(40)과 반응하여 기판(40)의 특정한 부분에서만 증착이 더 수행됨에 따라, 기판(40)의 증착 균일성을 저하시키는 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 배치식 원자층 증착장치는 공정튜브(10)의 평단면의 형상이 원 형상을 가지므로, 평단면 기준으로 기판(40)의 둘레부분[또는 기판적재부(50)의 돌출부(53)]과 공정튜브(10) 내벽 사이의 공간(31)에만 가스 배출부(30)를 배치할 수 있었다. 이에 따라, 챔버(11)의 부피를 줄여 챔버(11) 내부로 공급되는 공정 가스량을 줄임에 따라 원가를 절감하기 위해서는, 가스 배출부(30)에 포함되는 가스 배출관(미도시)의 개수를 줄이거나, 가스 배출관(미도시)의 직경을 줄이는 등의 가스 배출부(30)가 차지하는 공간의 크기를 줄일 수 밖에 없었으므로, 좁은 공간(31)에 배치되는 가스 배출부(30)의 가스 배출 효율이 낮은 문제점이 있었다.

한편, 종래의 원자층 증착장치는 챔버(11) 내부의 압력을 용이하게 견디기 위한 이상적인 형태로써 종형의 공정튜브(10)를 사용하는 것이 일반적이다. 하지만, 종형의 챔버(11)의 상부 공간(12)으로 인하여 공정 가스의 공급과 배출에 많은 시간이 소모되고 공정 가스의 낭비를 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반응기 상부 외측면과 상부 내측면의 정단면의 곡률반경은 상이하게 형성하고, 반응기 상부면의 센터부의 두께가 엣지부의 두께보다 얇도록 형성하여 반응기의 강성을 확보한 기판처리 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 반응기의 상부 공간을 확보함에 따라 처리되는 기판의 수량을 증가시킨 기판처리 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판처리 가스의 배출 효율을 증가시킨 기판처리 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판처리 가스가 기판과 증착 반응을 마치고 곧바로 배출되도록 하여, 기판의 증착 균일성을 증가시킨 기판처리 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기는, 적어도 하나의 기판이 기판처리되는 기판처리 장치의 반응기(reactor)로서, 상기 반응기 상부 외측면과 상부 내측면의 정단면의 곡률반경은 상이하고, 상기 반응기 상부벽의 센터부의 두께가 엣지부의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.

상기 반응기의 상부 외측면은 편평할 수 있다.

상기 상부 외측면의 정단면의 곡률반경은 상기 상부 내측면의 정단면의 곡률반경보다 큰 값을 가질 수 있다.

상기 상부 내측면의 곡률반경은 상기 반응기의 내경의 3배 내지 5배일 수 있다.

상기 반응기의 내경은 300mm 내지 400mm 일 수 있다.

상기 센터부의 두께는 20mm 내지 60mm 일 수 있다.

상기 반응기의 평단면의 형상은 적어도 두개의 곡률반경을 가질 수 있다.

상기 반응기의 평단면의 형상은 상기 기판의 직경보다 큰 곡률반경을 갖는 적어도 두개의 호가 접하는 형상일 수 있다.

상기 반응기의 평단면의 형상은 상기 기판의 직경보다 큰 단축을 가지는 타원의 형상일 수 있다.

상기 반응기는 석영(Quartz), 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Aluminium), 그라파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 반응기는, 상기 기판이 기판처리되는 공간인 기판처리부; 기판처리 가스를 상기 기판처리부에 공급하는 가스 공급부; 및 상기 기판처리부에 공급된 상기 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함할 수 있다.

상기 가스 배출부는 상기 가스 공급부에 대향하도록, 상기 기판의 둘레부분과 상기 반응기의 내벽 사이의 공간에 배치될 수 있다.

상기 가스 공급부는 상기 가스 공급부의 길이방향을 따라 형성된 적어도 하나의 가스 공급관 및 상기 기판을 향하여 상기 가스 공급관의 일측에 형성되는 복수의 토출공을 포함할 수 있다.

상기 가스 배출부는 상기 가스 배출부의 길이방향을 따라 형성된 가스 배출관 및 상기 기판을 향하여 상기 가스 배출관의 일측에 형성되는 복수의 배출공을 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 반응기 상부 외측면과 상부 내측면의 정단면의 곡률반경은 상이하게 형성하고, 반응기 상부면의 센터부의 두께가 엣지부의 두께보다 얇도록 형성하여 반응기의 강성을 확보한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 반응기의 상부 공간을 확보함에 따라 처리되는 기판의 수량을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판처리 가스의 배출 효율을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판처리 가스가 기판과 증착 반응을 마치고 곧바로 배출되도록 하여, 기판의 증착 균일성을 증가시키는 효과가 있다.

도 1 및 2는 종래의 원자층 증착장치를 나타내는 사시도 및 상부 확대 측단면도이다.
도 3은 종래의 원자층 증착장치의 기판처리 가스의 흐름을 나타내는 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 상부 확대 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 반응기의 평단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 응력 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

본 명세서에 있어서, 기판은 반도체 기판, LED, LCD 등의 표시장치에 사용하는 기판, 태양전지 기판 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.

또한, 본 명세서에 있어서, 기판처리 공정이란 증착 공정, 바람직하게는 원자층 증착법을 사용한 증착 공정을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니며 화학 기상 증착법을 사용한 증착 공정, 열처리 공정 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다. 다만, 이하에서는 원자층 증착법을 사용한 증착 공정으로 상정하여 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 배치식 장치를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치를 나타내는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리 장치는 반응기(reactor; 100) 하우징(400) 및 기판적재부(500)를 포함할 수 있다.

반응기(100)는 공정튜브로서 기능하며, 반응기(100)에는 복수개의 기판(40)이 적층된 기판적재부(500)가 수용되며, 증착막 형성 공정 등의 기판처리 공정을 수행할 수 있는 챔버 공간인 기판처리부(110)를 제공한다.

반응기(100)의 재질은 석영(Quartz), 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Aluminium), 그라파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

반응기(100)는 기판(40)이 기판처리 되는 챔버 공간인 기판처리부(110), 기판처리 가스를 기판처리부(110)에 공급하는 가스 공급부(200) 및 기판처리부(110)에 공급된 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부(300)를 포함할 수 있다.

가스 공급부(200)는 가스 공급부(200)의 길이방향(즉, 수직한 방향)을 따라 형성된 적어도 하나의 가스 공급관(210)을 포함할 수 있다. 여기서, 가스 공급관(210)은 반드시 도 4에 도시된 관(管)의 형태를 가질 필요는 없으며, 외부로부터 기판처리 가스를 공급받아 기판처리부(110)의 내부에 공급할 수 있는 통로로서 작용할 수 있다면 중공(中孔) 등의 다른 형태를 가질 수 있다. 다만, 기판처리 가스의 공급량의 세밀한 제어를 위하여 관으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 도 4에는 1 개의 가스 공급관(210)이 가스 공급부(200)를 구성하는 것으로 도시되어 있으나, 가스 공급관(210)의 개수는 적절히 변경이 가능하다.

가스 공급관(210)의 일측에는 기판처리부(110)에 위치하는 기판(40)을 향하여 복수의 토출공(220)이 형성될 수 있다.

가스 배출부(300)는 가스 배출부(300)의 길이방향(즉, 수직한 방향)을 따라 형성된 적어도 하나의 가스 배출관(310)을 포함할 수 있다. 여기서, 가스 배출관(310)은 반드시 도 4에 도시된 관(管)의 형태를 가질 필요는 없으며, 기판처리부(110) 내부의 기판처리 가스가 외부로 배출될 수 있는 통로로서 작용할 수 있다면 중공(中孔) 등의 다른 형태를 가질 수 있다. 기판처리 가스의 원활한 배출을 위해 가스 공급관(210)보다 직경이 큰 관으로 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 가스 배출부(300)가 가스 배출관(310)을 구비함이 없이, 기판처리 가스가 배출되는 중공을 포함하는 배출 유로(미도시)로 구성하고, 펌프를 유로의 단부에 연결하여 기판처리 가스를 펌핑하여 배출시킬 수도 있다. 또한, 도 4에는 1개의 가스 배출관(310)이 가스 배출부(300)를 구성하는 것으로 도시되어 있으나, 가스 배출관(310)의 개수는 적절히 변경이 가능하다.

가스 배출관(310)의 일측에는 기판처리부(110)에 위치하는 기판(40)을 향하여 복수의 배출공(320)이 형성될 수 있다.

토출공(220) 및 배출공(320)은, 기판적재부(500)가 매니폴드(Manifold) (450)에 결합되어, 복수개의 기판(40)이 기판처리부(110)에 수용되었을 때, 기판처리 가스를 기판(40)으로 균일하게 공급하고, 기판처리 가스를 용이하게 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 기판지지부(530)에 지지된 상호 인접하는 기판(40)과 기판(40) 사이의 간격에 각각 위치되는 것이 바람직하다.

하우징(400)은 하면이 개방되며, 반응기(100)를 감쌀 수 있도록 반응기(100)와 동일한 형태를 가질 수 있으며, 하우징(400)의 상면측은 크린룸 등과 같은 공정실(미도시)의 상면에 지지 설치될 수 있다. 하우징(400)의 최외곽면은 SUS, 알루미늄 등으로 마감할 수 있고, 내측면에는 절곡부(일 예로, "∪" 또는 "∩" 형상)가 연속적으로 연결되어 형성된 히터(미도시)가 설치될 수 있다.

기판적재부(500)는 공지의 엘리베이터 시스템(미도시)에 의하여 승강가능하게 설치되며, 주받침부(510), 보조받침부(520) 및 기판지지부(530)를 포함할 수 있다.

주받침부(510)는 대략 원통형으로 형성되어 상기 공정실의 바닥 등에 안착될 수 있으며, 상면이 하우징(400)의 하단부측에 결합된 매니폴드(450)에 밀폐 결합될 수 있다.

보조받침부(520)는 대략 원통형으로 형성되어 주받침부(510)의 상면에 설치되며, 반응기(100)의 기판처리부(110)에 삽입될 수 있다. 보조받침부(520)는 반도체 제조공정의 균일성 확보를 위하여 기판처리 공정 중에 기판(40)이 회전할 수 있도록 모터(미도시)와 연동되어 회전가능하게 설치될 수 있다. 또한, 보조받침부(520) 내부에는 공정의 신뢰성 확보를 위하여 기판처리 공정 중에 기판(40)의 하측에서 열을 인가하기 위한 보조히터(미도시)가 설치될 수 있다. 보트(500)에 적재 보관된 기판(40)은 상기 보조히터에 의하여 기판처리 공정 전에 미리 예열될 수 있다.

기판지지부(530)는 보조받침부(520)의 테두리부측을 따라 상호 간격을 가지면서 복수개 설치될 수 있다. 보조받침부(520)의 중심측을 향하는 기판지지부(530)의 내면에는 상호 대응되게 복수의 지지홈이 각각 형성될 수 있다. 상기 지지홈에는 기판(40)의 테두리부측이 삽입 지지되며, 이로 인해 복수의 기판(40)이 상하로 적층된 형태로 보트(500)에 적재 보관될 수 있다.

기판적재부(500)는 승강하면서 반응기(100)의 하단면(下端面) 및 가스 공급부(200)와 가스 배출부(300)의 하단면에 상단면이 결합된 매니폴드(450)의 하단면에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 가스 공급부(200)의 가스 공급관(210)은 매니폴드(450)의 가스 공급 연통공(미도시)에 삽입되어 외부의 가스 공급 장치에 연통될 수 있고, 가스 배출부(300)의 가스 배출관(310)은 매니폴드(450)의 가스 배출 연통공(미도시)에 삽입되어 외부의 가스 배출 장치에 연통될 수 있다.

기판적재부(500)가 상승하여 매니폴드(450)에 하단면측에 기판적재부(500)의 주받침부(510)의 상면이 결합되면, 기판(40)이 반응기(100)의 기판처리부(110)에 로딩되며, 기판처리부(110)는 밀폐될 수 있다. 안정된 실링을 위하여 매니폴드(450)와 기판적재부(500)의 주받침부(510) 사이에는 실링부재(미도시)가 개재될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)의 상부 확대 측단면도이다.

본 발명은 반응기(100) 상부 외측면(101)과 상부 내측면(102)의 정단면의 곡률반경은 상이하고, 반응기 상부벽의 센터부(103)의 두께(D3)가 엣지부(104)의 두께(D4)보다 얇은 것을 특징으로 한다.

도 5를 참조하면, 반응기(100) 상부 외측면(101)과 상부 내측면(102)의 정단면의 곡률반경은 상이할 수 있다. 바람직하게는, 상부 외측면(101)의 정단면의 곡률반경은 상부 내측면(102)의 정단면의 곡률반경보다 큰 값을 가질 수 있다. 곡률반경은 원호의 반지름(R1, R2)을 의미하는 것으로, 곡률반경이 클수록(원호의 반지름이 클수록) 원호는 직선에 가까워지며, 곡률반경이 작을수록(원호의 반지름이 작을수록) 원호는 굽은 정도가 커져 원에 가까워지는 것으로 이해될 수 있다. 다시 말해, 상부 외측면(101)의 정단면을 구성하는 원호의 반지름(R1)은, 상부 내측면(102)의 정단면을 구성하는 원호의 반지름(R2)보다 크다.

반응기(100)의 상부 외측면(101)은 편평할 수 있다. 상부 외측면(101)이 편평하다는 것은 곡률반경이 무한대에 가까운 것으로 이해될 수 있다. 다시 말해, 상부 외측면(101)의 정단면을 구성하는 원호의 반지름(R1)이 실질적으로 무한대에 가까울 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 상부 외측면(101)은 편평하고, 상부 내측면(102)은 만곡된 형태를 가짐에 따라, 상부 외측면(101)과 상부 내측면(102)의 정단면의 곡률반경이 상이하고, 상부 외측면(101)의 정단면의 곡률반경이 상부 내측면(102)의 정단면의 곡률반경보다 큰 값을 가질 수 있다.

반응기(100) 상부벽의 센터부(103)의 두께는 엣지부(104)의 두께(104)보다 얇을 수 있다. 다시 말해, 반응기(100) 상부벽은 센터부(103)에서부터 엣지부(104)로 갈수록 두께(104)가 점점 두꺼워지는 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 반응기(100)의 강성을 유지하기 위한 센터부(103)의 두께는 20mm 내지 60mm일 수 있다. 반응기(100)의 상부벽의 엣지부(104)(테두리 부분)이 두껍게 형성되므로, 반응기(100) 내부 공간(110)의 진공 응력 또는 고압력의 환경에서 반응기(100) 상부벽이 내구성을 발휘할 수 있다.

상부 외측면(101)의 곡률반경이 매우 클 때[또는, 실질적으로 편평한 형태일 때], 상부 내측면(102)의 곡률반경은 반응기(100)의 크기에 따라 적절하게 설정될 필요가 있다. 상부 내측면(102)의 곡률반경이 크게 설정된다면[또는, 편평한 형태에 가까워진다면], 반응기(100)의 상부벽은 모든 부분에서 두께가 일정한 수준으로 형성되므로, 상부면(13)이 편평한 형태[도 2 참조]와 유사하게 상부면(13)의 테두리 부분에서 강성이 낮아지는 문제점이 발생한다. 반대로, 상부 내측면(102)의 곡률반경이 작게 설정된다면[또는, 원호의 굽은 정도가 커진다면], 반응기(100)의 상부는 돔 형상에 가까운 형상이 되므로, 종형의 공정튜브(10)[도 1 참조]와 유사하게 상부 공간(12)이 너무 커지는 문제점이 발생한다.

이를 고려하여, 상부 내측면(102)의 곡률반경은 반응기(100)의 내경(D5)의 2배 내지 5배의 값을 갖는 것이 바람직하다. 반응기(100)의 내경(D5)은 300mm 내지 550mm의 크기를 가질 수 있다. 따라서, 상부 내측면(102)의 곡률반경은 원호의 반지름(R2)이 600mm 내지 2,750mm의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 반응기(100)의 내경이 340mm로 설정된 경우라면, 상부 내측면(102)의 곡률반경은 원호의 반지름(R2)이 1,020mm 내지 1,700mm의 크기를 가지는 것이 바람직하다.

상부 내측면(102)의 만곡된 형태를 가진다고 하여도, 상부 내측면(102)의 모서리 부분과 반응기(100)의 내주면(105)과 맞닿는 부분(106)에서는 굴곡지게 연결이 되지 않을 수 있다. 이를 고려하여 상부 내측면(102)의 모서리 부분과 반응기(100)의 내주면(105)과 맞닿는 부분(106)은 라운딩지게 형성되는 것이 바람직하다.

위와 같이, 본 발명은 상부 외측면(101)과 상부 내측면(102)의 곡률반경을 다르게 형성하면서도, 상부 내측면(102)의 곡률반경을 작게 형성하여 만곡이 더 생기게 함에 따라, 종형의 공정튜브(10)[도 1 참조]보다 공정에 필요한 반응기(100)의 내부 공간(110)을 더 확보할 수 있는 이점을 가진다. 그리하여, 장치의 전체 수직길이를 보다 낮게 형성하거나, 동일한 수직길이를 가진 장치라 하여도 처리되는 기판(40)의 수를 늘릴 수 있는 효과가 있다.

또한, 반응기(100) 상부벽의 센터부(103)의 두께(D3)보다 엣지부(104)의 두께(D4)를 두껍게 형성함에 따라, 응력이 집중될 수 있는 상부벽의 테두리 부분을 보강할 수 있는 이점을 가진다. 그리하여, 상부면(13)이 편평한 공정튜브(10')[도 2 참조]보다 높은 강성을 가지는 반응기(100)를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 반응기(100a-100d)의 평단면도이다.

한편, 반응기(100)의 평단면의 형상이 적어도 두개의 곡률반경을 가질 수 있다. 반응기(100)의 평단면의 형상이 적어도 두개의 곡률반경을 가진다는 것은, 각각 다른 곡률을 가진 복수개의 호(弧)가 연속적으로 연결되어 반응기(100)의 평단면의 형상을 구성한다는 의미일 수 있다. 그리고, 반응기(100)의 평단면의 형상이 기판(40)의 직경보다 큰 곡률반경을 갖는 적어도 두개의 호가 접하는 형상일 수 있다. 그리고, 반응기(100)의 평단면의 형상이 기판(40)의 직경보다 큰 단축을 가지는 타원의 형상일 수 있다.

도 4의 (a)를 참조하면, 반응기(100a)의 평단면의 형상은 기판(40)의 직경보다 큰 곡률반경을 갖는 두개의 호(L1, L2)가 점 c1과 점 c2에서 접하는 형상을 가질 수 있다.

반응기(100a)는 도 3에 도시된 평단면의 형상이 원 형상을 가지는 종래의 공정 튜브(10)와 다르게, 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 반응기(100a) 내벽에 어떤 입사각을 가지며 공급되어도, 반응기(100a)의 내벽에서 반사되어, 경로 a 또는 경로 b와 같이 가스 배출부(300)를 향할 수 있다. 이는 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 반응기(100a) 내벽에 입사하는 입사각과 반응기(100a) 내벽에서 반사되는 반사각의 합이 일정하기 때문에 가능하다. 다시 말해, 경로 a의 입사각과 반사각의 합인 p1과 경로 b의 입사각과 반사각의 합인 p2는 실질적으로 동일할 수 있다.

도 4의 (b)를 참조하면, 반응기(100b)의 평단면의 형상은 기판(40)의 직경보다 큰 단축을 가지는 타원의 형상을 가질 수 있다. 도 4의 (b)를 기준으로 타원의 단축(s)은 반응기(100b)의 세로 길이이고, 타원의 장축(l)은 반응기(100b)의 가로 길이에 해당하므로, 타원의 장축은 기판(40)의 직경 및 타원의 단축보다 큼은 당연하다. 타원의 형상은 각각 다른 곡률반경을 가진 무한대 수의 호(弧)가 연속적으로 연결된 것으로 해석할 수도 있다.

반응기(100b)는 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 반응기(100b) 내벽에 어떤 입사각을 가지며 공급되어도, 반응기(100b)의 내벽에서 반사되어, 경로 c 또는 경로 d와 같이 가스 배출부(300)를 향할 수 있다. 이는 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 반응기(100b) 내벽에 입사하는 입사각과 반응기(100b) 내벽에서 반사되는 반사각의 합이 일정하기 때문에 가능하다. 다시 말해, 경로 c의 입사각과 반사각의 합인 p3와 경로 d의 입사각과 반사각의 합인 p4는 동일할 수 있다.

도 4의 (c)를 참조하면, 반응기(100c)의 평단면의 형상은 도 4의 (a) 또는 도4의 (b)에서 양측 단부만을 직선 형태(L4)로 형성한 것과 같다. 즉, 양측 단부의 직선 형태(L4)를 제외한 부분(L3)은 기판(40)의 직경보다 큰 곡률 반경을 갖는 두개의 호 또는 타원의 형상을 가질 수 있다.

반응기(100c) 역시 경로 e의 입사각과 반사각의 합인 p5과 경로 f의 입사각과 반사각의 합인 p6는 실질적으로 동일할 수 있고, 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 반응기(100c) 내벽에 어떤 입사각을 가지며 공급되어도, 반응기(100c)의 내벽에서 반사되어, 경로 e 또는 경로 f와 같이 가스 배출부(300)를 향할 수 있다.

도 4의 (d)를 참조하면, 반응기(100d)의 평단면의 형상은 도 4의 (a) 또는 도4의 (b)에서 양측 단부를 호 형태(L6)로 형성한 것과 같다. 즉, 양측 단부의 호(L6) 및 상기 호(L6)를 제외한 부분(L5)은 기판(40)의 직경보다 큰 곡률 반경을 갖는 4개의 호 또는 타원의 형상을 가질 수 있다. 물론, 4개의 호(L5, L6)의 곡률은 모두 동일할 수도 있고, 모두 다른 곡률을 가질 수도 있다.

반응기(100d) 역시 경로 g의 입사각과 반사각의 합인 p7과 경로 h의 입사각과 반사각의 합인 p8은 실질적으로 동일할 수 있고, 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 반응기(100d) 내벽에 어떤 입사각을 가지며 공급되어도, 반응기(100d)의 내벽에서 반사되어, 경로 g 또는 경로 h와 같이 가스 배출부(300)를 향할 수 있다.

위와 같이 도 4에 도시된 공급된 가스의 반응기(100a-100d)에서의 입사각과 반사각의 합이 일정하게 되는 것은, 반응기(100a-100d)의 평단면의 형상이 타원 또는 타원에 가까운 형상이고, 타원의 초점의 위치에 근접하게 가스 공급부(200)와 가스 배출부(300)가 배치되어, 타원의 두 초점과 타원의 특정한 점이 이루는 각도가 일정하다는 타원의 특징을 그대로 적용하거나, 유사하게 적용할 수 있기 때문이다.

이처럼 본 발명의 반응기(100)는 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 기판처리부(110) 내에서 계속 대류하며 머무르지 않고, 기판(40)과 증착 반응을 마친 후 곧바로 가스 배출부(300)를 통해 배출될 수 있으므로, 기판처리 가스의 배출 효율을 증가시키는 이점이 있다.

그리고, 가스 공급부(200)에서 공급된 가스가 기판처리부(110) 내에서 계속 대류하며 머무르지 않고 곧바로 가스 배출부(300)를 통해 배출되므로, 기판(40)의 특정 부분에서만 더 증착이 수행됨이 없이, 기판(40) 전체에서 균일한 두께로 증착이 될 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 3에 도시된 평단면의 형상이 원 형상을 가지는 종래의 공정 튜브(10)와 다르게, 본 발명은 가스 배출부(300)를 배치할 수 있는 공간(301)이 훨씬 넓어질 수 있다. 평단면 기준으로, 종래의 공정튜브(10)는 기판(40)의 둘레부분과 공정튜브(10) 내벽 사이의 공간(31)에 가스 배출부(30)를 배치할 수 있었으나, 본 발명의 반응기(100)는 가스 공급부(200)에 대향하는, 기판(40)의 둘레부분[또는 기판적재부(500)의 보조 받침부(520)]과 반응기(100)의 내벽 사이의 공간(301)에 가스 배출부(30)를 배치할 수 있다. 공간(301)은 공간(31)보다 가로 길이가 더 길게 형성된 넓은 공간이 되므로, 종래의 가스 배출부(30)[도 2 참조]보다 가스 배출관(310)의 개수를 더 늘려서 설치할 수 있고, 가스 배출관(310)의 직경을 더 크게 형성하여 설치할 수도 있다. 따라서, 기판처리 가스의 배출 효율을 더욱 증가시키는 이점이 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)의 응력 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 7의 (a)는 도 2에 도시된 것과 같은 지지리브(14)를 배치한 상부면(13) 공정튜브(10') 전체에서의 응력이 가해지는 정도를 나타내며, 도 7의 (b)는 상부면(13) 부분에 응력이 가해지는 정도를 나타내는 확대도이다. 도 7의 (c)는 본 발명의 반응(100) 전체에서의 응력이 가해지는 정도를 나타내며, 도 7의 (d)는 반응기(100)의 상부벽, 특히 엣지부(104)에 응력이 가해지는 정도를 나타내는 확대도이다.

도 7의 (b)에서 상부면(13)의 테두리 부분에서 가해지는 최대 응력의 크기는 11.48 MPa로 확인되었다. 반면에, 도 7의 (d)에서 엣지부(104)에 가해지는 최대 응력의 크기는 8.85 MPa로 확인되었다. 따라서, 본 발명의 반응기(100)는 엣지부(104)에 응력이 집중되는 것을 방지하여, 종래의 공정튜브(10')보다 내구성을 확보하였음을 확인할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

10, 10': 공정튜브
11: 챔버
12: 챔버의 상부 공간
13: 공정튜브의 상부면
14: 지지리브
40: 기판
100: 반응기
101: 반응기 상부 외측면
102; 반응기 상부 내측면
103: 센터부
104: 엣지부
105: 반응기 내주면
110: 기판처리부
200: 가스 공급부
210: 가스 공급관
220: 토출공
300: 가스 배출부
310: 가스 배출관
320: 배출공
400: 하우징
450: 매니폴드
500: 기판적재부
D1: 챔버의 상부 공간의 높이
D2: 지지리브의 높이
D3: 센터부의 두께
D4: 엣지부의 두께
D5: 반응기의 내경
R1: 상부 외측면 원호의 반지름
R2: 상부 내측면 원호의 반지름

Claims

적어도 하나의 기판이 기판처리되는 기판처리 장치의 반응기(reactor)로서,
상기 반응기의 상부 외측면은 편평하고,
상기 반응기의 상부 외측면의 정단면의 곡률반경은 상기 반응기의 상부 내측면의 정단면의 곡률반경보다 큰 값을 가지며,
상기 반응기 상부벽의 센터부의 두께가 엣지부의 두께보다 얇고,
상기 상부 내측면의 곡률반경은 상기 반응기의 내경의 2배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 반응기.
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제1항에 있어서,
상기 반응기의 내경은 300mm 내지 550mm 인 것을 특징으로 하는 반응기.
제1항에 있어서,
상기 센터부의 두께는 20mm 내지 60mm 인 것을 특징으로 하는 반응기.
제1항에 있어서,
상기 상부 내측면의 모서리와 상기 반응기의 내주면이 맞닿는 부분은 라운딩지게 형성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
제1항에 있어서,
상기 반응기의 평단면의 형상은 적어도 두개의 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 반응기.
제1항에 있어서,
상기 반응기의 평단면의 형상은 상기 기판의 직경보다 큰 곡률반경을 갖는 적어도 두개의 호가 접하는 형상인 것을 특징으로 하는 반응기.
제1항에 있어서,
상기 반응기의 평단면의 형상은 상기 기판의 직경보다 큰 단축을 가지는 타원의 형상인 것을 특징으로 하는 반응기.
제1항에 있어서,
상기 반응기는 석영(Quartz), 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Aluminium), 그라파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기는,
상기 기판이 기판처리되는 공간인 기판처리부;
기판처리 가스를 상기 기판처리부에 공급하는 가스 공급부; 및
상기 기판처리부에 공급된 상기 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
제12항에 있어서,
상기 가스 배출부는 상기 가스 공급부에 대향하도록, 상기 기판의 둘레부분과 상기 반응기의 내벽 사이의 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 반응기.
제12항에 있어서,
상기 가스 공급부는 상기 가스 공급부의 길이방향을 따라 형성된 적어도 하나의 가스 공급관 및 상기 기판을 향하여 상기 가스 공급관의 일측에 형성되는 복수의 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
제12항에 있어서,
상기 가스 배출부는 상기 가스 배출부의 길이방향을 따라 형성된 가스 배출관 및 상기 기판을 향하여 상기 가스 배출관의 일측에 형성되는 복수의 배출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리 장치의 반응기.